長(cháng)春光機所在光纖生物傳感方面取得重要研究進(jìn)展

  ICC訊 生物傳感器由于其快速、準確、簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，并且借助于目前微流控分析技術(shù)可實(shí)現高通量分析，在生命科學(xué)研究、疾病診斷和預后監控、環(huán)境質(zhì)量監控、生物安全等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。目前的研究主要集中在即時(shí)檢測（POCT）、無(wú)創(chuàng )分析、在線(xiàn)檢測、現場(chǎng)監測、細胞生物學(xué)應用等方面。光纖生物傳感器由于其獨特的高靈敏度、集成度高、抗電磁干擾、遠程傳輸等特點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注。

  長(cháng)春光機所吳一輝研究團隊致力于這一研究領(lǐng)域近10年，目標是為了實(shí)現癌癥標志物的超低濃度檢測，以期待對癌癥的早期篩查和預后監測提供技術(shù)支撐降低癌癥的發(fā)病率及死亡率。針對這一目標，該研究團隊近期在光纖傳感器的高靈敏度、高重復性、高特異性等方面取得重要研究進(jìn)展，實(shí)現了從“能測”到“能用”的跨越。

  針對微納光纖耦合器的重復性差問(wèn)題，提出結合熔融拉伸法和濕法腐蝕法的復合制備方法。在折射率為1.333的水和折射率為1.365的氯化鈉液體介質(zhì)中，通過(guò)該復合制備方法均可實(shí)現微納光纖耦合器的色散轉折點(diǎn)位置從1600nm至900nm的精確調控，精度優(yōu)于1nm。并且通過(guò)制備色散轉折點(diǎn)位置一致的光纖耦合器解決其重復性問(wèn)題。該研究工作發(fā)表在國際期刊Journal of Lightwave Technology （JCR 1區，DOI:10.1109/JLT.2020.3033660，2021）上。

900-1600nm寬譜范圍色散轉折點(diǎn)精確可控調節

  在高靈敏度色散轉折點(diǎn)檢測原理方面，提出一種全新的Z形錐形微納光纖結構，，通過(guò)優(yōu)化兩種該結構微納光纖的尺寸參數可以實(shí)現折射率的超高靈敏度檢測，目前實(shí)現的靈敏度與微納光纖耦合器靈敏度相當。相關(guān)的研究工作發(fā)表在國際光學(xué)期刊Optics Express（JCR 1區，https://doi.org/10.1364/OE.441874，2021）上。

Z型微納光纖結構示意圖

  臨床應用過(guò)程中，面對血清等復雜樣本最大的挑戰是血清中干擾蛋白產(chǎn)生的非特異性吸附，為了解決這一問(wèn)題，該團隊提出血清預吸附的方法，并在空白血清重合的前提下，實(shí)現了微納光纖耦合器免疫傳感器在寬動(dòng)態(tài)范圍的稀釋血清中進(jìn)行腫瘤標志物的無(wú)標檢測。并且為了實(shí)現臨床樣本的無(wú)標定量檢測，提出了一種基于標準血清波長(cháng)偏移的方法來(lái)減少個(gè)體差異的影響。與吉大二院合作，首次展示了基于微納光纖耦合器免疫傳感器的人血清中CEA的無(wú)標記定量檢測，檢測結果與臨床檢查非常吻合。相關(guān)研究工作發(fā)表在國際傳感領(lǐng)域權威期刊ACS Sensors（JCR 1區，https://doi.org/10.1021/acssensors.1c01031，2021）上。

無(wú)標定量檢測方法

微納光纖生物傳感與臨床化學(xué)發(fā)光法對臨床癌癥病人檢測結果對比

  針對微納光纖傳感器中獲得高重復性、高靈敏度、高特異性的研究方法或結構目前已經(jīng)申請國家發(fā)明專(zhuān)利，上述三篇論文的共通訊作者為長(cháng)春光機所周文超副研究員和吳一輝研究員，該部分研究工作得到國家基金委重大科研儀器研制項目、國家自然科學(xué)面上項目、中科院青促會(huì )等項目的支持。